高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)

江川縣大街鎮(zhèn)經(jīng)吉工程工作室 云南江川 652600

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的飛速發(fā)展，城市化進(jìn)程速遞的加快，大量的人口涌入到城市，城市規(guī)劃、建設(shè)用地日趨緊張，所以，為了有效緩解城市建設(shè)用地的壓力，高層住宅建筑迅猛發(fā)展起來，現(xiàn)如今城市間高層住宅建筑隨處可見，因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在設(shè)計工作中將面對越來越多的高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，為此要加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員對于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平。本文就高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：高層建筑；住宅；結(jié)構(gòu)設(shè)計

引言

現(xiàn)代房屋建筑行業(yè)取得了很大的發(fā)展，高層住宅建筑的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，從單層逐漸朝著多層、高層建筑發(fā)展，高層建筑的結(jié)構(gòu)形式也日益多樣化，這種變化當(dāng)然更能夠滿足現(xiàn)代人對于高層住宅建筑的多樣化需求。但是高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中一些常見問題并沒有得到很好解決，對高層住宅建筑結(jié)構(gòu)的安全及其質(zhì)量有很大影響。結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑設(shè)計中的第一階段，也是決定建筑質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，如果建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，不僅會導(dǎo)致后期施工中出現(xiàn)設(shè)計變更，增加工程投資成本，也會影響工程施工進(jìn)度，對于建筑產(chǎn)品的效益會有很多不利影響。因此，如何有效規(guī)避高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)的常見問題，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性、合理性、安全性，從而提高建筑效益，應(yīng)作為廣大建筑設(shè)計者思考的重點(diǎn)。

1.高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點(diǎn)

水平荷載起控制作用，側(cè)面位移必須加以限制，軸向變形在側(cè)移中占有很大的份額，所以在結(jié)構(gòu)體系選型時應(yīng)充分考慮這幾個特點(diǎn)。對于低層、多層或高層建筑，其豎向和水平結(jié)構(gòu)體系設(shè)計的基本原理是相同的。但隨著高度的增加，由于以下兩個原因，豎向結(jié)構(gòu)體系成為設(shè)計的控制因素：一個是較大的豎向和要求有較大的柱、墻和井筒；另一個更重要的原因是，側(cè)向力所產(chǎn)生的傾覆力矩和剪切變形要大得多，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必須以精心設(shè)計來保證。

2.高層住宅建筑結(jié)構(gòu)體系的選型

2.1 框架結(jié)構(gòu)：其優(yōu)點(diǎn)有結(jié)構(gòu)的布置較靈活，室內(nèi)的空間較大，特別是底層建筑空間較大，更加方便使用。缺點(diǎn)有框架柱的截面大且會突出于墻體，會對戶型實(shí)際面積和家具的布置造成直接影響，且建筑物平面的布置要及其規(guī)則。

2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)：按照建筑的平面布置進(jìn)行鋼筋砼剪力墻的設(shè)置，可以保證柱子不外露，很好地滿足建筑在平面上的使用需求。缺點(diǎn)有結(jié)構(gòu)自重大、剛度大、地震效應(yīng)大。若建筑與結(jié)構(gòu)的布置不夠合理，會增加鋼筋用量。

2.3 框架剪力墻結(jié)構(gòu)：該結(jié)構(gòu)較多地應(yīng)用在高層建筑結(jié)構(gòu)中，其外部的框架主要用來承受豎直方向的作用力，框架的布置較為靈活。此外電梯井為剪力墻承受大部分水平荷載。此種結(jié)構(gòu)形式比較適合于商業(yè)和商住等有大空間需求的建筑。缺點(diǎn)也是框架柱外露會影響建筑物的使用。

2.4 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)：該結(jié)構(gòu)是墻肢較短的剪力墻結(jié)構(gòu)，其布置較為靈活，且結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與剪力墻相類似。在非抗震區(qū)及抗震設(shè)防烈度低的地區(qū)該結(jié)構(gòu)更加經(jīng)濟(jì)合理。

3.高層建筑平面布置

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)盡量采用規(guī)則的平面布置和立面對稱造型在高層建筑方案設(shè)計初期階段，應(yīng)提倡平面布置和立面造型簡單對稱。簡單、對稱的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，震害不容易破壞，在民用建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計時，首先應(yīng)考慮抗震的概念設(shè)計，多采用規(guī)則的、對稱的建筑設(shè)計方案，避免采用不規(guī)則的、不對稱的設(shè)計方案。在平面、豎向建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中沒有明顯的、突出的突變，并應(yīng)盡量避免整體扭轉(zhuǎn)不均勻的現(xiàn)象出現(xiàn)，使質(zhì)量中心和剛度中心基本相重合。在建筑結(jié)構(gòu)體型上簡單、抗側(cè)力體系的剛度和承載力上下變化應(yīng)連續(xù)。

4.高層住宅建筑基礎(chǔ)設(shè)計

基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件、上部結(jié)構(gòu)類型與載荷分布、相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進(jìn)行綜合分析，選擇經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)方案，設(shè)計時宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力，必要時應(yīng)進(jìn)行地基變形驗(yàn)算?；A(chǔ)設(shè)計應(yīng)有詳盡的地質(zhì)勘察報告，對一些缺少地質(zhì)報告的建筑應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場查看和參考臨近建筑資料。與一些底層和中層建筑的設(shè)計相比，高層建筑結(jié)構(gòu)的承載力設(shè)計必項(xiàng)要具備足夠的剛度。除此之外，高層建筑的外墻、玻璃等保護(hù)設(shè)施除了具備可靠的承載力，還需要和主體結(jié)構(gòu)保持可靠的連接。

5.控制側(cè)向和水平位移

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，因?yàn)楦叨鹊牟粩嘣黾?，建筑物隨著高度的變化會發(fā)生一定的側(cè)向位移現(xiàn)象，這個主要和建筑物橫向水平荷載有關(guān)，所以高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計需要考慮結(jié)構(gòu)具備一定的剛度和承壓力。如果發(fā)生側(cè)向位移對于建筑物自身的質(zhì)量安全非常不利，直接會導(dǎo)致坍塌現(xiàn)象的發(fā)生。通常清況下，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計對于水平位移的限值有嚴(yán)格的要求，對于風(fēng)荷載、地震荷載、彈性作用等都有合適的計算方法。此外，樓蓋結(jié)構(gòu)要具備合適的舒服度，豎向震動頻率不能小于3赫茲。

6.高層住宅建筑剪力墻設(shè)計

6.1 剪力墻的布置

剪力墻布置必須均勻合理，使整個建筑物的質(zhì)心和剛心趨于重合，且X，Y兩向的剛重比接近。在結(jié)構(gòu)布置應(yīng)避免一字形剪力墻，若出現(xiàn)則應(yīng)布置成長墻（h/w>8），規(guī)范中對普通墻及墻的界定是墻高厚比8倍以下為短肢墻，大于8倍則為普通墻；轉(zhuǎn)角處墻肢應(yīng)盡可能長，因?yàn)檗D(zhuǎn)角處應(yīng)力容易集中，兩個方向均應(yīng)盡量布置成長墻。

6.2 剪力墻的配筋

針對剪力墻的配筋（以200mm厚的墻體來說），通常要保證水平方向的鋼筋布置在外側(cè)，而豎直方向的鋼筋布置在內(nèi)側(cè)。墻體的配筋需滿足相關(guān)計算結(jié)果與規(guī)范規(guī)定最小配筋率。但地下部分墻體配筋則另當(dāng)別論。因?yàn)榈叵虏糠謮w配筋大多由水壓力，土壓力產(chǎn)生的側(cè)壓力控制，而由于簡化計算經(jīng)常由豎向筋控制，此種情況下為增大計算墻體有效高度，可將地下部分墻體的水平筋放在內(nèi)側(cè)，豎向鋼筋放在外側(cè)。地下部分墻體鋼筋保護(hù)層應(yīng)大于50mm，且在保護(hù)層內(nèi)增設(shè)雙向鋼筋網(wǎng)片。

7.高層住宅建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

隨著建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)術(shù)的增長，我國高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)抗震計要求不斷提高，高層混疑土結(jié)構(gòu)構(gòu)件需要根據(jù)抗震結(jié)構(gòu)的分類、裂度、結(jié)構(gòu)類型、房屋高度等眾多因素來采取不同的抗震設(shè)計。抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計需要因地制宜，根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)所處的地理位置和周圍壞境來綜合考慮建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的性能。為實(shí)現(xiàn)建筑抗震設(shè)防目標(biāo)，不但要求框架和剪力墻有必要的承載力和剛度，還應(yīng)具有良好的延性和耗能能力，而成為延性耗能結(jié)構(gòu)。由于梁是受彎構(gòu)件，相比作為壓彎構(gòu)件的柱，更容易實(shí)現(xiàn)大的延性和耗能能力，應(yīng)盡量使塑性鉸出現(xiàn)在梁端，除底層柱嵌固端外，柱端不出現(xiàn)塑性鉸。連梁屈服先于墻肢，使塑性變形和耗能分散于連梁中，可以避免墻肢過早屈服導(dǎo)致變形過大而形成倒塌機(jī)制。為使梁、柱、墻肢出現(xiàn)彎曲破壞，通過調(diào)整截面受剪承載力與受彎承載力相對大小，來避免構(gòu)件出現(xiàn)脆性受剪破壞。

8.結(jié)語

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)該對超高、抗震抗風(fēng)、消防、規(guī)則性、嵌固端設(shè)置等問題進(jìn)行充分認(rèn)識，提前結(jié)合地質(zhì)條件與基礎(chǔ)條件對各個影響因素進(jìn)行分析，不斷進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，確保高層建筑結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性，提高使用壽命與質(zhì)量結(jié)構(gòu)設(shè)計不是孤立存在的，而是與其他的設(shè)計相輔相承結(jié)合目前經(jīng)驗(yàn)所發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行優(yōu)化，避免對質(zhì)量造成影響隨著我國專家學(xué)者對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計研究的不斷深入，結(jié)構(gòu)設(shè)計將更力。完善、促進(jìn)我國城市建設(shè)水平的提高。

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